Desarrollo de modelos dinamicos para la simulacion y optimizacion de biorreactores con membrana sumergida para el tratamiento de aguas residuales

Le traitement des effluents et eaux usées par bioréacteurs à membranes immergées (BAMI) permet d'obtenir une haute qualité de perméat par une dégradation biologique et une séparation physique. Néanmoins, le procédé de filtration est limité par l'influence de facteurs très complexes, en particulier le colmatage de la membrane. Le but du travail est de développer des modèles dynamiques et de simuler le procédé de filtration dans les BAMI. Le développement et la simulation des modèles ont été ciblés sur la description des rapports existants entre les variables les plus importantes du système, comme la pression transmembranaire (PTM), les matières en suspension (MES), les substances polymériques extracellulaires (SPE) et l'influence sur l'évolution du colmatage d'une aération syncopée, injectée à la surface de membrane, et sa synchronisation avec une filtration intermittente. Le modèle et les études d'optimisation du système ont été validé par voie expérimentale.This thesis studies a submerged membrane bioreactor (MBR) technology that is used to treat effluents. We present in detail the modeling of this process, the validation of developed models, and the results of simulation and optimization carried out with the above mentioned models. The new contributions to scientific knowledge of this work are the following: - A new dynamic model that integrates for such systems, many of the variables and the main phenomena occurring during the process of filtration in MBR wastewater treatment. That constitutes an original contribution to the analysis and development of this technology. – The simulation allows to achieve the quantification of the influence and effect of aeration on the process (membranes fouling) and the influence of the sequencing of the filtration and coarse bubbles aeration cycles. All that takes into account the behavior of biomass, the generation of exopolymeric substances and inlet characteristics. The results provided by the model are validated by comparison with experimental results. – An optimization of MBR operating conditions using the experimental design for simulation, is reported based on the results obtained using the developed modelsEn la presente tesis se reflejan los estudios realizados en un biorreactor con membrana sumergida, tecnología que se utiliza para el tratamiento de efluentes residuales. Se presentan de forma detallada la modelación de este proceso, la validación de los modelos desarrollados, así como los resultados de la simulación y optimización realizados con los modelos. Entre los nuevos aportes al conocimiento científico del trabajo se encuentran los siguientes: - Un nuevo modelo dinámico que integra por primera vez, para estos sistemas, muchas de las variables y los principales fenómenos que ocurren durante el proceso de filtración y tratamiento de las aguas residuales utilizando los BMS. Lo cual constituye un aporte novedoso para el análisis y desarrollo de esta tecnología. - Se logró por primera vez cuantificar mediante simulación la influencia y el efecto de la aireación sobre el proceso de colmatación de las membranas, así como la influencia de la sincronización de los ciclos de filtración y aireación de burbujas gruesas. Todo esto tomando en cuenta el comportamiento de la biomasa, la generación de sustancias colmatantes y las características de la alimentación. Se validaron los resultados que ofrece el modelo mediante la comparación con resultados experimentales. - Se reporta por primera vez la optimización de las condiciones operacionales de un sistema BMS utilizando el diseño de experimento para la simulación, partiendo de los resultados obtenidos utilizando los modelos desarrollado